本发明专利技术公开了一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置和方法，其中，装置，包括：由固定端心轴组件、活动端心轴组件、导向滑轨、导轨固定件和恒力弹簧构成的恒力吊挂组件，以及，滑车和纵向导轨；固定端心轴组件与导向滑轨固定连接；导向滑轨以滑动方式穿过活动端心轴组件上的导向滑块；导向滑轨底端与导轨固定件固定连接；恒力弹簧安装在固定端心轴组件和活动端心轴组件之间；恒力吊挂组件的上端与滑车固定连接，滑车安装在纵向导轨上，可沿纵向导轨水平移动。通过本发明专利技术解决了现有航天机构类产品地面二维展开零重力模拟的难题，具有速度响应快、附加质量小、附加阻力距小、系统能量损失小等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置和方法
本专利技术属于航天工程零重力模拟
，尤其涉及一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置和方法。
技术介绍
空间机构产品在其发射之前，需要在地面进行微重力模拟试验来验证其各项功能及性能指标。水平二维运动的微重力模拟方案均有较成熟的应用，而竖直方向的三维运动通常是通过滑轮配重方式和气球方式来实现，两种卸载方式由于摩擦力、配重的存在都会对试验结果和精度产生影响。根据展开机构类产品地面零重力模拟试验的需求，验证机构的功能和性能指标。传统的零重力展开方法主要采用滑轮配重方式实现，常规滑轮配重方案中，配重重量一般为所卸载产品重量的一半，由于滑轮组的存在，配重的加速度和速度均被放大为产品运动速度的2倍，运动行程为产品竖直方向运动的2倍。滑轮配重方案对产品运动过程引入较大的附加惯量和附加阻力距，对产品展开时间产生一定的影响，在速度换向时系统能量损失较大，影响零重力模拟试验的结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置和方法，以实现卸载物(产品)的重力卸载。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置，包括：由固定端心轴组件(100)、活动端心轴组件(200)、导向滑轨(5)、导轨固定件(11)和恒力弹簧(12)构成的恒力吊挂组件(300)，以及，滑车(13)和纵向导轨(14)；固定端心轴组件(100)两侧通过螺接方式与导向滑轨(5)固定连接；导向滑轨(5)以滑动方式穿过活动端心轴组件(200)上的导向滑块(9)，使活动端心轴组件(200)可沿导向滑轨(5)上下移动；导向滑轨(5)底端通过螺接方式与导轨固定件(11)固定连接，进行限位和保护；恒力弹簧(12)安装在固定端心轴组件(100)和活动端心轴组件(200)之间；其中，恒力弹簧(12)靠近固定端心轴组件(100)的一端为固定端，恒力弹簧(12)靠近活动端心轴组件(200)的一端为输出端；恒力吊挂组件(300)的上端通过螺接方式与滑车(13)固定连接，滑车(13)安装在纵向导轨(14)上，可沿纵向导轨(14)水平移动。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置中，固定端心轴组件(100)，包括：固定端安装座(1)、固定端弹簧心轴(2)、轴承(3)和固定端转轴(4)；其中，固定端弹簧心轴(2)通过轴承(3)安装在固定端转轴(4)上，固定端转轴(4)安装在固定端安装座(1)上，进行限位和保护，固定端弹簧心轴(2)可绕固定端转轴(4)旋转，使用时固定端心轴组件(100)空间位置在上；活动端心轴组件(200)，包括：活动端弹簧心轴(6)、活动端转轴(7)、轴承(8)、导向滑块(9)和活动端安装座(10)；其中，活动端弹簧心轴(6)通过轴承(8)安装在活动端转轴(7)上，活动端转轴(7)安装在活动端安装座(10)上，进行限位和保护，活动端安装座(10)上安装有导向滑块(9)进行运动导向，活动端弹簧心轴(6)可绕活动端转轴(7)旋转，使用时活动端心轴组件(200)空间位置在下。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置中，在初始状态时，恒力弹簧(12)的固定端通过螺接方式安装在固定端弹簧心轴(2)上，并且缠绕在固定端弹簧心轴(2)上；恒力弹簧(12)的输出端通过螺接方式安装在活动端弹簧心轴(6)上。相应的，本专利技术还公开了一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方法，包括：将卸载物通过钢丝绳与活动端心轴组件上的接口进行连接；将恒力吊挂组件的上端通过螺接方式与滑车固定连接；将滑车安装在纵向导轨上；调节配重，使恒力弹簧末端输出恒定拉力；其中，恒力弹簧末端输出的恒定拉力与卸载物的重量相同。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方法中，还包括：将恒力弹簧的固定端通过螺接方式安装在固定端弹簧心轴上，并且缠绕在固定端弹簧心轴上；将恒力弹簧的输出端通过螺接方式安装在活动端弹簧心轴上；同时，控制滑车在纵导轨上做直线运动，实现对卸载物展开过程的运动跟随。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方法中，还包括：在卸载物向下运动时，通过钢丝绳作用使活动端心轴组件沿着导向滑轨向下运动，带动恒力弹簧的输出端向下运动；同时，恒力弹簧的固定端与固定端弹簧心轴一起绕固定端转轴缠绕旋转，恒力弹簧的固定端和输出端的距离增大，恒力弹簧伸长过程中保持恒定输出力值，以实现卸载物向下运动时的实时重力卸载与运动跟随。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方法中，还包括：在卸载物向上运动时，通过钢丝绳作用在活动端心轴组件上的力值瞬间减小，恒力弹簧的固定端与固定端弹簧心轴一起绕着固定端转轴缠绕旋转，恒力弹簧的固定端和输出端距离减小，恒力弹簧的输出端向上运动，带动活动端心轴组件沿着导向滑轨向上运动；恒力弹簧缩短过程中保持恒定输出力值，以实现卸载物向上运动时的实时重力卸载与运动跟随。在上述基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方法中，还包括：在卸载物水平运动时，通过滑车在纵向导轨上进行水平移动，同时，恒力弹簧保持恒定输出力值，以实现对产品水平运动时的重力卸载和运动跟随。本专利技术具有以下优点：本专利技术所述的基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方案，克服了空间机构产品传统的零重力模拟展开方法引入的附加惯量大、系统复杂、系统响应慢等问题，基于恒力弹簧的核心特性，解决了现有航天机构类产品地面二维展开零重力模拟的难题，具有速度响应快、附加质量小、附加阻力距小、系统能量损失小等优点。主要实现了以下目标：(1)零重力卸载效率提升，卸载精度达到95％以上；(2)降低了系统复杂度、附加重量以及试验成本；(3)降低了质量效应，减少了卸载系统对产品自身动力学特性的影响；(4)卸载系统刚度提升，可以快速响应；(5)附加影响因素减少，微重力模拟试验结果更加准确。(6)适用于其他机械臂、太阳翼和民用机构产品的零重力模拟。附图说明图1是本专利技术实施例中一种恒力吊挂组件的结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例中一种固定端心轴组件和活动端心轴组件与恒力弹簧的连接示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公共的实施方式作进一步详细描述。本专利技术公开的基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟方案，克服了空间机构产品传统的零重力模拟展开方法引入的附加惯量大、系统复杂、系统响应慢等问题，基于恒力弹簧的核心特性，解决了现有航天机构类产品地面二维展开零重力模拟的难题。其中，恒力弹簧，是一种随着变形的增大而输出载荷(拉力)基本保持恒定的接触形涡卷弹簧，具有动态响应好、载荷恒定、储能密度高、体积小、摩擦损耗小等优点。在自由状态下，恒力弹簧的最小曲率半径为Rmin，由于恒力弹簧通常是卷绕在一个直径增大了的心轴(心轴半径为R2)上。恒力弹簧在工作状态时，输出拉力F随着伸长量l的变化基本保持恒定。本专利技术利用恒力弹簧输出拉力恒定的特性，对机构产品进行重力卸载，在机构展开过程中的任何位置，重力卸载装置通过恒力弹簧的作用均可提供恒定的卸载力。具体的，针对机构产品零重力模拟试验需求，机构产品在零重力展开过程中做加速运动，对应线速度可以分解为垂直方向和水平方向两个速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置，其特征在于，包括：由固定端心轴组件(100)、活动端心轴组件(200)、导向滑轨(5)、导轨固定件(11)和恒力弹簧(12)构成的恒力吊挂组件(300)，以及，滑车(13)和纵向导轨(14)；固定端心轴组件(100)两侧通过螺接方式与导向滑轨(5)固定连接；导向滑轨(5)以滑动方式穿过活动端心轴组件(200)上的导向滑块(9)，使活动端心轴组件(200)可沿导向滑轨(5)上下移动；导向滑轨(5)底端通过螺接方式与导轨固定件(11)固定连接，进行限位和保护；恒力弹簧(12)安装在固定端心轴组件(100)和活动端心轴组件(200)之间；其中，恒力弹簧(12)靠近固定端心轴组件(100)的一端为固定端，恒力弹簧(12)靠近活动端心轴组件(200)的一端为输出端；恒力吊挂组件(300)的上端通过螺接方式与滑车(13)固定连接，滑车(13)安装在纵向导轨(14)上，可沿纵向导轨(14)水平移动。
【技术特征摘要】
1.一种基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置，其特征在于，包括：由固定端心轴组件(100)、活动端心轴组件(200)、导向滑轨(5)、导轨固定件(11)和恒力弹簧(12)构成的恒力吊挂组件(300)，以及，滑车(13)和纵向导轨(14)；固定端心轴组件(100)两侧通过螺接方式与导向滑轨(5)固定连接；导向滑轨(5)以滑动方式穿过活动端心轴组件(200)上的导向滑块(9)，使活动端心轴组件(200)可沿导向滑轨(5)上下移动；导向滑轨(5)底端通过螺接方式与导轨固定件(11)固定连接，进行限位和保护；恒力弹簧(12)安装在固定端心轴组件(100)和活动端心轴组件(200)之间；其中，恒力弹簧(12)靠近固定端心轴组件(100)的一端为固定端，恒力弹簧(12)靠近活动端心轴组件(200)的一端为输出端；恒力吊挂组件(300)的上端通过螺接方式与滑车(13)固定连接，滑车(13)安装在纵向导轨(14)上，可沿纵向导轨(14)水平移动。2.根据权利要求1所述的基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置，其特征在于，固定端心轴组件(100)，包括：固定端安装座(1)、固定端弹簧心轴(2)、轴承(3)和固定端转轴(4)；其中，固定端弹簧心轴(2)通过轴承(3)安装在固定端转轴(4)上，固定端转轴(4)安装在固定端安装座(1)上，进行限位和保护，固定端弹簧心轴(2)可绕固定端转轴(4)旋转，使用时固定端心轴组件(100)空间位置在上；活动端心轴组件(200)，包括：活动端弹簧心轴(6)、活动端转轴(7)、轴承(8)、导向滑块(9)和活动端安装座(10)；其中，活动端弹簧心轴(6)通过轴承(8)安装在活动端转轴(7)上，活动端转轴(7)安装在活动端安装座(10)上，进行限位和保护，活动端安装座(10)上安装有导向滑块(9)进行运动导向，活动端弹簧心轴(6)可绕活动端转轴(7)旋转，使用时活动端心轴组件(200)空间位置在下。3.根据权利要求2所述的基于恒力弹簧的二维展开零重力模拟装置，其特征在于，在初始...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓鹏，曾婷，程泽，李德勇，赵琳娜，于震，李海月，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。